一种封装基座及其光半导体装置的制作方法

1.本实用新型涉及电子封装技术领域，特别是涉及一种封装基座及其光半导体装置。


背景技术：

2.近年来，光纤通讯数据趋向于信息化与集成化，微电子封装领域高速发展；在光纤通信技术中，通常采用半导体激光器作为光纤通信的信号源，将电信号转成光信号并传输出去；为了将半导体激光器产生的激光导入到光纤中，需要将半导体激光器耦合封装到一定的封装基座中。而蝶形封装基座作为典型的微电子多引脚封装形式，其具备电气连通与气密性封装特点，广泛应用于光通讯领域。
3.蝶形封装基座中安装管半导体的框体和基板一般为金属材质，而输入输出端子主要是由陶瓷材料构成，两种材料的热膨胀系数不匹配，容易在温度变化的情况下产生过大的热应力，导致输入输出端子因受到热应力过大而瓷体开裂，使封装基座的密封性不良，影响光半导体装置的性能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种封装基座及其光半导体装置，结构简单紧凑，降低了输入输出端子的开裂可能性，保证了封装基座良好的气密性。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种封装基座，包括基板、框体、贯穿孔、光纤固定构件、安装部、输入输出端子和导线端子；所述基板具有上表面和下表面，所述基板的上表面设置有用于载置光半导体元件的载置部；所述框体以围绕载置部的方式安装于所述基板的上表面上；所述贯穿孔开设于所述框体的一侧壁上；所述光纤固定构件插设并固定于所述贯穿孔上；所述安装部设置有两个，且两个所述安装部以凹槽形式分别设置于框体的两个侧壁上；所述输入输出端子设置有两个，且每个所述输入输出端子嵌设于一个所述安装部上，用于电信号的传输；所述导线端子与位于所述框体外的输入输出端子连接。
6.优选地，所述输入输出端子具有呈长方体状的平板部和立壁部；其中：所述平板部嵌设于所述安装部上，所述平板部的上表面设置有焊盘电极，所述焊盘电极从所述平板部的上表面的其中一个长边延伸至另一个长边；所述立壁部的下表面设置于所述平板部的上表面的中间位置，且所述立壁部沿着所述平板部长边方向横跨焊盘电极；位于所述立壁部两侧的焊盘电极分别作为焊盘电极的外部连接端和焊盘电极的内部连接端，其中所述外部连接端与所述载置部的距离大于所述内部连接端与所述载置部的距离；所述导线端子与所述外部连接端连接。
7.优选地，所述平板部的宽度与所述安装部的宽度的比值为(4～5)：1。
8.优选地，所述封装基座还包括有密封圈，所述密封圈设置于所述框体的上表面上，其与所述框体夹持所述输入输出端子。
9.优选地，所述安装部的长度与所述输入输出端子的长度的比值为1：(0.990～
0.995)。
10.优选地，所述安装部通过焊料与所述输入输出端子接合，位于所述输入输出端子的前侧面和/或后侧面的接合处的焊料分别往所述输入输出端子位于框体外的侧面方向和所述框体的外侧面方向延伸形成焊料延伸部。
11.优选地，所述输入输出端子的宽度与所述焊料延伸部的长度比值为1：(0.05～0.2)。
12.优选地，所述输入输出端子具有呈长方体状的平板部和立壁部；所述平板部嵌设于所述安装部上，所述立壁部的下表面竖直设置于所述平板部的上表面的中间位置，且所述立壁部的长边与所述平板部的长边平行；所述焊料延伸部包括与所述平板部对应设置的第一延伸部和与所述立壁部对应设置的第二延伸部；其中：所述平板部的宽度与所述第一延伸部的长度比值为1：(0.05～0.2)；所述立壁部的宽度与所述第二延伸部的长度比值为1：(0.05～0.2)。
13.优选地，所述输入输出端子的前侧面和后侧面上分别设置有金属层。
14.优选地，所述金属层表面依次电镀形成有镍层和金层。
15.为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种光半导体装置，包括如上述任一项所述的封装基座、设于所述载置部内的光半导体元、与所述光纤固定件连接的光纤部件、盖设于所述框体的上表面的盖体。
16.本实用新型具有以下有益效果：
17.本实用新型的封装基座通过采用各个部分拼接式，方便了基座的生产，降低生产成本和提高了生产的效率，并且在框体上设置安装部，将输入输出端子采用嵌设的方式固定在安装部内，即方便输入输出端子的维护更换，也使得输入输出端子与框体之间存在适当的缝隙，缓解了封装基座因输入输出端子与框体两种材料的热膨胀系数不匹配而导致热应力过大的现象，降低了输入输出端子的开裂可能性，保证了封装基座良好的气密性。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例提供的封装基座的结构示意图；
19.图2是本实用新型实施例提供的封装基座的框体结构示意图；
20.图3是本实用新型实施例提供的封装基座的输入输出端子结构示意图；
21.图4是本实用新型实施例提供的封装基座的俯视图；
22.图5是图4的h处的放大图；
23.图6是本实用新型实施例提供的封装基座的另一角度的结构示意图；
24.图7是图6的i处的放大图。
25.附图标记：1、基板；2、框体；201、前侧壁；202、左侧壁；203、右侧壁；3、贯穿孔；4、光纤固定构件；5、安装部；6、输入输出端子；601、平板部；602、立壁部；603、焊盘电极；604、第一延伸部；605、第二延伸部；7、导线端子；8、密封圈。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
28.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
29.参见图1和图2，本实用新型优选实施例提供一种封装基座，包括基板1、框体2、贯穿孔3、光纤固定构件4、安装部5、输入输出端子6和导线端子7；所述基板1具有上表面和下表面，所述基板1的上表面设置有用于载置光半导体元件的载置部；所述框体2以围绕载置部的方式安装于所述基板1的上表面上；所述贯穿孔3开设于所述框体2的一侧壁上；所述光纤固定构件4插设并固定于所述贯穿孔3上；所述安装部5设置有两个，且两个所述安装部5以凹槽形式分别设置于框体2的两个侧壁上；所述输入输出端子6设置有两个，且每个所述输入输出端子6嵌设于一个所述安装部5上，用于电信号的传输；所述导线端子7与位于所述框体2外的输入输出端子6连接。
30.基于上述方案，本实用新型优选实施例的封装基座的组装方法：将框体2以围绕载置部的方式通过焊料钎焊于基板1上，形成半导体元件容纳腔；将光纤固定件通过焊料钎焊于框体2的贯穿孔3中；将导线端子7焊接于焊盘电极603上，并将输入输出端子6通过焊料钎焊于框体2的安装部5内。
31.参见图3，作为优选方案，所述输入输出端子6具有呈长方体状的平板部601和立壁部602；其中：所述平板部601嵌设于所述安装部5上，所述平板部601的上表面设置有焊盘电极603，所述焊盘电极603从所述平板部601的上表面的其中一个长边延伸至另一个长边；所述立壁部602的下表面设置于所述平板部601的上表面的中间位置，且所述立壁部602沿着所述平板部601长边方向横跨焊盘电极603；位于所述立壁部602两侧的焊盘电极603分别作为焊盘电极603的外部连接端和焊盘电极603的内部连接端，其中所述外部连接端与所述载置部的距离大于所述内部连接端与所述载置部的距离；所述导向端子与所述外部连接端连接。
32.具体的，采用平板部601和立壁部602结构，可以将输入输出端子6的应力分散，保证输入输出端子6的整体稳固性，降低其开裂的可能性。
33.作为优选方案，所述平板部601的宽度a与所述安装部5的宽度b的比值为(4～5)：1。
34.具体的，若所述平板部601的宽度a与所述安装部5的宽度b比值过小，则封焊面过小，焊料堆积过多，焊料的热膨胀系数与瓷件匹配性差，做可靠性试验容易导致瓷裂；
35.若两者的比值过大，则封焊面过大，应力会有所减少，但是该位置过大，器件安装区域载置部变小，不利于半导体元件的安装。
36.作为优选方案，所述封装基座还包括有密封圈8，所述密封圈8设置于所述框体2的上表面上，其与所述框体2夹持所述输入输出端子6。具体的，将密封圈8通过焊料钎焊于框体2的上表面，并输入输出端子6夹持于密封圈8和框体2之间，保证框体2内的密封性。
37.作为优选方案，所述安装部5的长度c与所述输入输出端子6的长度d的比值为1：(0.990～0.995)。
38.具体的，如果所述安装部5的长度c与所述输入输出端子6的长度d的比值大于1：0.990，则输入输出端子6与安装部5侧壁的缝隙过大，填充的焊料量较多。当封装底座受到高温冲击时候，焊料与金属框体2/陶瓷输入输出端子6的膨胀量差异较大，瓷件容易因热应力开裂；
39.如果所述安装部5的长度c与所述输入输出端子6的长度d的比值小于1：0.995，则输入输出端子6与安装部5侧壁的缝隙过小，输入输出端子6与框体2组装受限，操作过程容易造成机械开裂。
40.参见图4～7，作为优选方案，所述安装部5通过焊料与所述输入输出端子6接合，位于所述输入输出端子的前侧面和/或后侧面的接合处的焊料分别往所述输入输出端子6位于框体2外的侧面方向和所述框体2的外侧面方向延伸形成焊料延伸部。
41.具体的，焊料延伸部可以避免安装部5与输入输出端子6之间产生虚焊，保证封装基座的气密性。
42.作为优选方案，所述输入输出端子6的宽度与所述焊料延伸部的长度比值为1：(0.05～0.2)。具体的，如果输入输出端子6的宽度与所述焊料延伸部的长度比值大于1：0.05，则焊料浸润不够，焊接接头强度会下降，容易形成虚焊层，焊接强度不够容易导致气密性不良；
43.如果输入输出端子6的宽度与所述焊料延伸部的长度比值小于1：0.2，则焊料堆积过多，焊料延伸部尺寸过大，封装基座受到高温冲击，输入输出端子6的瓷体容易因为热应力作用，使得平板部601与立壁部602结合的位置产生微裂纹，微裂纹扩展延伸后导致封装基座气密性不良问题。
44.作为优选方案，所述输入输出端子6具有呈长方体状的平板部601和立壁部602；所述平板部601嵌设于所述安装部5上，所述立壁部602的下表面竖直设置于所述平板部601的上表面的中间位置，且所述立壁部602的长边与所述平板部601的长边平行；所述焊料延伸部包括与所述平板部601对应设置的第一延伸部604和与所述立壁部602对应设置的第二延伸部605；其中：所述平板部601的宽度a与所述第一延伸部604的长度e比值为1：(0.05～0.2)；所述立壁部602的宽度f与所述第二延伸部605的长度g比值为1：(0.05～0.2)。
45.具体的，如果平板部601的宽度a与所述第一延伸部604的长度e比值大于1：0.05，则焊料浸润不够，焊接接头强度会下降，容易形成虚焊层，焊接强度不够容易导致气密性不良；
46.如果平板部601的宽度a与所述第一延伸部604的长度e比值小于1：0.2，则焊料堆积过多，焊料延伸部尺寸过大，封装基座受到高温冲击，输入输出端子6的瓷体容易因为热应力作用，使得平板部601与立壁部602结合的位置产生微裂纹，微裂纹扩展延伸后导致封装基座气密性不良问题；
47.立壁部602与第二延伸部605的关系同理于平板部601与第一延伸部604。
48.作为优选方案，所述贯穿孔3设于框体2的前侧壁201上；所述安装部5对称地设于框体2的左侧壁202和右侧壁203上。
49.作为优选方案，所述输入输出端子6的前侧面和后侧面上分别设置有金属层。
50.作为优选方案，所述金属层表面依次电镀形成有镍层和金层。
51.作为优选方案，所述平板部601的下表面和立壁部602的上表面形成有金属层。
52.作为优选方案，贯穿孔3设于框体2的前侧壁201上；安装部5对称地设于框体2的左右两边侧壁上。
53.作为优选方案，所述焊盘电极603表面依次电镀形成有镍层和金层。
54.具体的，本实用新型优选实施例各个部分的材料如表一所示：
55.表一
56.基板1可伐合金(铁钴镍合金)、或铜－钨合金框体2可伐合金(铁钴镍合金)、或铜－钨合金光纤固定件3可伐合金(铁钴镍合金)、或铜－钨合金平板部601选自氧化铝、氮化铝、莫来石等电介质材料立壁部602选自氧化铝、氮化铝、莫来石等电介质材料焊盘电极603选自钨或钼导线端子7可伐合金(铁钴镍合金)、或铜－钨合金密封圈8可伐合金(铁钴镍合金)、或铜－钨合金焊料银焊料或者银铜焊料金属层选自钨或钼或锰
57.本实用新型优选实施例还提供了一种光半导体装置，包括如上述任一项所述的封装基座、设于所述载置部内的光半导体元、与所述光纤固定件连接的光纤部件、盖设于所述框体2的上表面的盖体。
58.基于上述方案，对封装基座进行指标测试，具体如下：
59.测试指标：气密性；
60.测试方法：将封装基座封焊盖体后，在0.5mpa下进行2小时的压氦气实验，并用氦漏测试仪检测气漏情况；当检测结果小于1＊10＾－9pa.m3/s，为合格。
61.测试结果如表二所示：
62.表二
[0063][0064]
从表二的测试结果可以看出，当输入输出端子6长度与安装部5长度比值为(0.990～0.995)：1、焊料延伸部的延伸长度与立壁宽度比值为(0.05～0.2)：1时，封装基座的气密性稳定可靠。
[0065]
本实用新型的组装过程为：将框体2以围绕载置部的方式通过焊料钎焊于基板1上，形成半导体元件容纳腔；将光纤固定件通过焊料钎焊于框体2的贯穿孔3中；将导线端子7焊接于焊盘电极603上，并将输入输出端子6通过焊料钎焊于框体2的安装部5内。
[0066]
综上，本实用新型优选实施例提供一种封装基座，其与现有技术相比：
[0067]
本实用新型的封装基座通过采用各个部分拼接式，方便了基座的生产，降低生产成本和提高了生产的效率，并且在框体2上设置安装部5，将输入输出端子6采用嵌设的方式固定在安装部5内，即方便输入输出端子6的维护更换，也使得输入输出端子6与框体2之间存在适当的缝隙，缓解了封装基座因输入输出端子6与框体2两种材料的热膨胀系数不匹配而导致热应力过大的现象，降低了输入输出端子6的开裂可能性，保证了封装基座良好的气密性。
[0068]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。